基于ATMEGA32单片机的三相网络电力仪表的研制
0引言
电能表是用来测量电路中电流在某一段时间内所消耗电能的仪表,俗称电度表。我国是电能表生产大国,年生产能力达2亿台。目前,我国电能表的市场份额基本上是感应式与电子式六四分成,但电子式电能表呈现进一步发展的趋势。由于电子式电能表具有数字通信接口,促使电能计量及用电管理自动化系统得到了大量使用(负荷控制系统、远程抄表系统),各类抄表系统的可靠性、实用性有了较大提高。随着电能计量芯片发展和完善,使得采用电能计量芯片和MCU设计的多功能电子式电能表不仅能实现电能表的各种功能,而且具有精度高,功能扩展方便,软件易实现等优点。可以说多功能电子式电能表是电能表现在和将来发展方向。本课题正是基于ATMEGA32单片机和ATT7022计量芯片相结合而研制的三相网络电力仪表。
1设计原理及设计要求
1.1设计原理
本仪表能测量所有常用的电力参数电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、频率、功率因数和电能等参数。三相网络电力仪表的构成如图1所示,仪表工作时,电压、电流信号经取样电路分别取样后,经电能处理专用集成电路做系列运算后,得到电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能和频率等实时数据,再经CPU处理后由LCD显示。同时CPU还实现通信和控制功能。
1.2设计要求
1.2.1测量参数精度技术指标
参数
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额定值
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范围
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精度
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电压
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AC100V
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0~120%
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0.2%
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AC220V
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电流
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AC1A
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0~120%
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0.2%
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AC5A
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有功
/
无功
/
视在功率
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_
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_
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0.5%
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有功
/
无功电能
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0.5%
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功率因数
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_
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_
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0.5%
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频率
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45~60HZ
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0.5%
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测量参数电流、电压误差要求为0.2%,分析计量芯片ATT7022B可知:其内部集成了七路16位A/D转换器,电流通道有效值在2mv-1mv的范围内线性误差小于0.5%,电压通道有效值在10mv—1v的范围内线性误差小于0.5%。电压取值在0.2V—0.6V(放大后的电压值,我们电压取样信号为0.1V,电压通道的放大倍数选4倍),电流取值在2mV--1V,电能线性误差小于0.1%。因此,本仪表采样电路选用互感器(产品精度为0.1%),所用其他元件也是精密元件来满足设计要求。
从测量原理来看,测量参数精度取决于ATT7022B这一计量芯片,
1.2.2主要功能特点
(1) 规格型号与脉冲常数对照表
类别
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参比电压Un
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额定电流In
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有功脉冲常数
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三相三线
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3
×
100V
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2
×
1(2)A
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10000imp/kWh
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2
×
5(6)A
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10000imp/kWh
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三相四线
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3
×
220/380V
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3
×
1(2)A
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10000imp/kWh
|
3
×
5(6)A
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10000imp/kWh
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(2)电网系统频率:45~60Hz
(3)测量周期:1/2秒
(4)电源输入范围:AC85~265V/DC100~280V
(5)功耗:≤3VA
(6)开关量输入参数:无源干接点,接通电阻500Ω,关断电阻>500kΩ(监视电压+12V)
(7)遥控量输出参数:继电器输出(常开),负载电压 AC250V/DC30V,负载电流5A
(8)气候条件:正常工作温度:-20℃~+70℃;存贮和运输温度:-40℃~+80℃;存贮和工作湿度:≤85%
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